[摘要]以水为溶剂制备超薄膨胀型钢结构防火涂料,有利于环保和节约成本。以垂直燃烧法评价了研制的防火涂料的耐火性能,研究了环氧改性丙烯酸乳液和苯丙乳液作基料的复配比例和用量对耐火性能的影响。试验显示,环氧改性丙烯酸与苯丙乳液质量比为2∶1,基料用量为25%时,防火涂料的性能最佳。通过正交试验研究了P-C-N膨胀阻燃体系配比对涂层耐火性能的影响,得到最佳配比为m(聚磷酸铵)∶m(季戊四醇)∶m(三聚氰胺)=5∶2∶3。通过热重和差热分析比较了添加无机阻燃剂对涂层防火性能的影响,并对防火涂料进行了热分析。结果表明:涂料各项性能符合GB14907-2002要求,当涂层厚度为2.2mm时,耐火时间达到90min。
[关键词]超薄型防火涂料;钢结构;耐火性能;环氧丙烯酸乳液;苯丙乳液;无机阻燃剂
0前言
目前,钢结构防火涂料朝着多功能、阻燃性、环保友好方向发展[1]。钢结构水性防火涂料降低了涂料成本,保护了环境,是极佳的环保型涂料[2]。超薄膨胀型钢结构防火涂料具有装饰性好、质量轻薄、便于施工、适应范围广等优点,不仅适用于大型承重钢结构,也适用于表面积较小的非承重型结构,是未来的发展方向之一[3]。环氧树脂提高丙烯酸酯涂膜的粘接能力,而苯丙乳液具有更强的发泡能力。本工作以水为溶剂,采用环氧丙烯酸乳液和苯丙乳液组合作基料,添加无卤化阻燃剂制备了超薄型钢结构水性防火涂料,考察了基料、膨胀阻燃体系的最优化条件,并对优化条件下所得涂料的耐火性能进行了研究。
1·试验
1.1试验材料和仪器
以环氧改性丙烯酸乳液和苯丙乳液为基料;聚磷酸铵(APP),季戊四醇(PER),三聚氰胺(MEL),钛白粉(TiO2),可膨胀石墨(100目),丙二醇等;SD-202水性消泡剂;分散剂SK-5040;KFD-1000金属清洗剂;以上均为工业品。研体,钢片,煤气喷灯;SDT2960Simul-taneousDSC-TGA差热-热重联用分析仪。
1.2防火涂料的制备
将表1中的固体粉末置于SEJ-400型高速分散机中均匀研磨30min,至规定细度放入烧杯中;将水和助剂依次加入其中,最后加入基料乳液,搅拌约30min后,常温下密封,静置24h即得到防火涂料。
表1 超薄型钢结构防火涂料的基本配方
1.3涂层的制备
用500,1000号砂纸分别将80mm×80mm×1mm的Q235钢片打磨至光亮,用3%KFD-1000金属清洗剂溶液于80℃清洗30min后取出,烘干,备用。将防火涂料充分搅拌后,用毛刷涂覆在Q235钢片的打磨面上,每次涂覆0.3~0.5mm,保持表面均匀光滑,待涂层表干后涂覆下一次,控制最终涂膜厚度不超过3mm,涂覆比约为0.15kg/m2。将涂好的试片平置,放入烘箱(25℃)内干燥。
1.4耐火性能测试
采用垂直燃烧方法进行简易评价[4],这也是防火涂料研究的通用方法。
2结果与讨论
2.1基料配比对耐火时间的影响
2.1.1乳液复配比例苯丙乳液做基料膨胀发泡好,但结构疏松,空气对流强时易吹落;环氧改性丙烯酸乳液做基料,附着力优异,结构坚硬致密,但膨胀发泡高度不够。将二者结合则能克服缺点,突出优点。表2表明,苯丙乳液与环氧改性丙烯酸乳液用量质量比为2∶1时,涂料的耐火时间最长,发泡好,炭层坚硬致密。
表2 不同苯丙/环氧改性丙烯酸混合乳液质量比对涂料耐火性能的影响
2.1.2基料树脂用量
由图1可见,基料树脂用量对防火涂料的耐火性能有很大影响:树脂用量(质量分数)为15%~25%时,耐火时间延长;继续增加用量,耐火时间反而缩短。其原因是树脂用量少,不能起到和基材粘结的作用,形成的炭质层容易脱落;树脂用量过多时,膨胀阻燃体系含量减少,不能形成很好的炭质层。因此,适量的基料树脂能保证很好的耐火性能。基料最佳用量为25%。
图1 基料用量与耐火时间的关系 |
